Orientador: Miton Mori / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T12:23:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kasper_FabioRobertoSulzbacher_M.pdf: 4085192 bytes, checksum: 2cf3144aebecff7376c131b0335500eb (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: A performance dos motores à combustão interna e suas emissões são governadas por processos fluido dinâmicos não-estacionários. Um bom entendimento destes processos é fundamental para melhorar as características de um motor, e as técnicas da Fluidodinâmica Computacional (CFD) são capazes de reproduzir informações detalhadas a respeito deste escoamento. Entretanto, simulações numéricas de motores ocorrem raramente, e um dos principais empecilhos destas simulações é justamente a dificuldade de abordar este problema, pois se esbarra com a complexidade geométrica do movimento do pistão e das válvulas, além das diversas interações fenomenológicas nos termofluidos presentes no cilindro. O objeto de estudo deste trabalho é a câmara de combustão de um motor FIAT Palio 1.0, com duas válvulas por cilindro e quatro estágios. O pacote computacional utilizado é o CFX-TASCflowTM, um código que se baseia no método dos volumes finitos, porém com abordagem em elementos finitos. Idealiza-se uma câmara de combustão bidimensional, e sua geometria é composta de um cilindro e duas válvulas, as quais, através de sub-rotinas personalizadas, movimentam-se em função do tempo. Para a turbulência, utiliza-se o modelo k-é padrão. Objetiva-se neste trabalho estudar a combustão de diferentes combustíveis nesta câmara de combustão. Os combustíveis avaliados são o metano e o heptano, em que dois mecanismos de reação, um de simples e outro de dupla etapa, são avaliados para o metano, e um mecanismo com quatro etapas de reação é avaliado para o heptano, perfazendo assim três estudos de caso. Apresentam-se resultados qualitativos da fluido dinâmica do motor trabalhando a frio, isto é, sem reação, em que gráficos vetoriais e iso-superfícies de temperatura e pressão são exibidos ao longo dos vários estágios do motor, além de resultados quantitativos, referentes aos três estudos de caso, na forma de gráficos de temperatura, pressão e concentração medidos na base do pistão. Os principais resultados demonstram que a metodologia empregada, baseada nas técnicas de CFD, mostra-se apta a reproduzir o comportamento fenomenológico desta câmara de combustão. E verifica-se ainda, poucas diferenças entre os mecanismos de reação e os combustíveis avaliados a partir do modelo de combustão utilizado neste trabalho / Abstract: Internal combustion engine performance and exhaust emissions are governed by unsteady fluid dynamic processes. A clear understanding of these processes is fundamental to improving engine characteristics. Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques are able to produce detailed information throughout the flow. However, numerical simulations of internal combustion engines occur rarely and one of its main issues is the difficulty to approach this problem. There is a complex geometric issue about the piston and valves movement and there are several interactions between the fluids within the combustion chamber. The target case of this work is the four-stroke combustion chamber of a FIAT Palio 1.0 containing two valves for each cylinder. The computational code used is CFX- TASCflowTM which is a finite volume code based on a finite element approach. A two-dimensional combustion chamber has been built and its geometry is composed by a cylinder and two valves which, through customized subroutines, there is motion in function of time. The standard form of k - E: is used as the turbulence model. The objective of this work is to study several fuel combustion in this chamber. The chosen fuels are methane and heptane, where two reaction mechanisms, one single-step and another two-steps, are evaluated for methane, and a four-step overall mechanism is evaluated for the heptane, i.e. three study cases. First is presented the qualitative results of the engine fluid dynamics having no reaction, where vector plots and temperature and pressure isosurfaces are shown over the engine strokes. The quantitative results referring the three study cases are presented through temperature, pressure and concentration plots measured in the piston base. The main results demonstrate that the methodology used, based on the CFD techniques, reveals the aplicability of its modeling and the combustion chamber behavior. Also is verified few differences between the reaction mechanisms and the fuels evaluated from the combustion model used in this work / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Caio Glauco Sanchez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica. / Made available in DSpace on 2018-08-05T06:34:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_AlexandreAmaralde_M.pdf: 1803116 bytes, checksum: 09df9f4fd3968f1e76a55f1642fcfa37 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Os motores de combustão interna têm sido a principal fonte geradora de trabalho mecânico, especialmente em veículos automotores e sua quantidade tem se expandido de forma exponencial desde sua invenção, no século XIX. Os efeitos deste crescimento podem ser observados pelo aumento do consumo mundial de petróleo e da concentração de gases tóxicos na atmosfera, principalmente nas grandes cidades. Por este motivo, foi desenvolvido o presente trabalho, que tem por objetivo quantificar as melhorias no desempenho e economia de combustível obtidas em um motor automobilístico através do uso de um sistema de ignição dupla. Os ensaios foram realizados usando um motor VW refrigerado a ar e com dupla carburação (1.6 l de cilindrada e taxa de compressão 7,2:1) alimentado com álcool etílico hidratado. Foram feitas análises comparativas com ensaios em plena carga e em cargas parciais (0,8 e 0,9 atm de pressão absoluta no coletor de admissão) a 2000, 3000 and 4000 rpm de forma a evidenciar as vantagens e desvantagens do sistema com ignição dupla. O sistema de ignição dupla foi projetado de modo que as centelhas nas duas velas de cada cilindro ocorressem simultaneamente e que fosse possível o controle dos tempos de ignição. Os resultados obtidos indicam uma melhoria no desempenho para todas as condições de operação, com regimes de carga parcial em que os ganhos superaram os 20% em torque e potência e 15% no consumo específico de combustível / Abstract: Internal combustion engines have been the major source of mechanical work, especially in automotive vehicles, and their amount has expanded exponentially since their invention, in the 19th century. The effects of this growth can be observed in the increasing world petrol demand and concentration of toxic gases in the atmosphere, especially in major cities. For this reason, the present work was developed with the objective to quantify the performance and the specific fuel consumption improvement of an automotive engine operating with a dual ignition system. The tests were made using an air-cooled VW engine with two carburetors (1.6 l displacement and with a 7.2:1 compression ratio) using hidrated ethanol. Comparative analysis were made with data gathered in the tests at WOT (wide open throttle) and partial loads (admission pressures of 0,8 and 0,9 atm) at 2000, 3000 and 4000 rpm in order to evidence advantages and disadvantages of the dual ignition system. The ignition system was designed to generate two simultaneous sparks in each cylinder allowing its timing control. The results indicate a trend of improvement in the performance for all the conditions tested, with profits that surpassed 20% in torque and power and 15% in the specific fuel consumption in partial load operation conditions / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica